多波段红外图像的海面舰船目标检测

现有的基于单个红外宽波段的海面舰船目标探测系统在面对复杂海天背景、岛岸背景、恶劣天气、亮带干扰或诱饵弹干扰等情况时,系统的探测率、虚警率、探测距离等性能指标均会受到严重的影响;为此,开展了基于多波段红外图像的海面舰船目标检测方法的研究。通过中波红外多波段数据采集系统实际采集107组五个中波红外波段的图像;波段1-5分别为3.7～4.8,3.7～4.1,4.4～4.8,3.7～3.9和4.65～4.75 μm;对多波段图像进行手动标注构建样本数据集,其中,正样本舰船目标298个,负样本非舰船目标353个。对于多波段红外图像,首先进行PCA降维并采用选择性搜索算法生成初始目标候选区域;针对候选区域中存在大量明显的非舰船目标区域的问题,利用积分图像计算候选区域的局部对比度,依据红外舰船目标的几何和灰度特征从初始目标候选区域中筛选出舰船目标可能性大的区域作为舰船目标候选区域。然后对舰船目标候选区域进行拓展以融入局部上下文信息,对于候选区域对应的5波段红外图像,分别提取每个波段图像的稠密SIFT特征,并将128维SIFT特征向量降为64维,融入SIFT特征的空间和波段位置分布信息得到新的特征向量,基于高斯混合模型对候选区域的特征向量集合进行编码融合得到舰船目标候选区域的费舍尔向量表示,最后利用线性SVM分类器识别出舰船目标。对多波段图像进行舰船目标候选区域生成实验,所提出的基于红外舰船目标的几何和灰度特征的约束方法可以有效地克服选择性搜索算法的不足,从初始目标候选区域中快速定位出舰船目标候选区域,对25组多波段图像进行实验,舰船目标候选区域生成的整体耗时为0.353 s,定位舰船目标区域耗时0.005 s。对100个正负样本进行目标识别测试,所提出的目标识别算法融合了目标的多波段图像特征信息,通过引入费舍尔向量挖掘了多波段图像梯度统计特征的深层次信息,算法的识别率达到了0.97,显著高于单波段红外图像的目标识别率。对25组多波段图像进行舰船目标检测实验,所提出的舰船目标检测方法能够在海天背景、岛岸背景以及亮带干扰等不同场景下完成海面舰船目标的检测工作,舰船目标定位准确,舰船目标召回率达到了0.95,每组多波段图像的平均检测耗时为1.33 s。研究结果表明,充分考虑海面舰船目标在红外图像中与局部海洋背景的辐射差异以及有效地融合舰船目标在多个红外波段图像中的辐射特征,可以增强舰船目标的可分性,提高舰船目标的识别率以及检测率,为基于多波段红外图像的海面舰船目标检测提供了新的技术支持。     

S-盒的Lyapunov指数研究

在密码算法的设计中,S-盒有着信息混淆的重要功能.传统的S-盒的密码学指标一般包括线性偏差、差分特征、代数免疫度、不动点个数、雪崩效应等.2006年,Kocarev给出了有限集合上的离散混沌理论.本文借鉴该理论,在汉明距离的基础上给出了S-盒的Lyapunov指数的定义,利用该定义计算了几个密码算法中的S-盒的Lyapunov指数值,并进行了比较.证明了在欧氏距离上定义的Lvapunov指数最大的映射,按本文提出的S-盒的Lyapunov指数的定义其Lyapunov指数为0;讨论了S-盒的Lyapunov指数与S-盒的雪崩效应之间的关系,该关系实际上是混沌理论中的蝴蝶效应与密码学中的雪崩效应之间的关系.本文提出的S-盒的Lyapunov指数的定义可视为对传统的S-盒的密码学指标的补充.     

精确配置离散动力系统的所有Lyapunov指数

针对给定的确定性离散时间动力学系统,提出一种可以精确配置受控系统所有Lyapunov指数的混沌控制与反控制新方法.本文不限制给定系统的具体形式,仅利用取模运算和预设的一组Lyapunov指数,设计出一种新的状态反馈控制器.在控制器的作用下,受控系统的Lyapunov指数与预设的Lyapunov指数一致.控制器的形式简单,可以用于解决混沌控制和混沌反控制两种问题.给出了数学证明和两个实例,仿真结果显示了算法的有效性.     

指向Lyapunov指数及其在单输入单输出系统故障检测中的应用

针对单输入单输出系统的故障检测, 采用混沌振荡器作为激励源, 并利用非一致延迟时间法对被测系统输出时间序列进行相空间重构. 在相空间中平衡点附近定义了指向Lyapunov指数, 并用其对被测系统输出在相空间中平衡点附近特征结构进行分析, 实现了对单输入单输出系统的故障检测. 仿真结果表明, 被测系统的参数变化将会引起相空间中平衡点附近特征结构的改变, 指向Lyapunov指数对其变化敏感. 关键词： 混沌激励 指向Lyapunov指数 故障检测 单输入单输出系统     

基于最大Lyapunov指数不变性的混沌时间序列噪声水平估计

提出了一种基于最大Lyapunov指数不变性的计算混沌时间序列噪声水平的新方法. 首先分析了噪声对相空间中两点距离的影响, 然后基于最大Lyapunov指数在不同维数的嵌入相空间不变的性质, 建立了估计噪声水平的方法. 仿真计算结果表明, 当噪声水平小于10% 时, 估计值与真实值符合良好. 该方法对噪声分布类型不敏感, 是一种有效的混沌时间序列噪声估计方法.     

纹理高阶分形特征在海面舰船目标检测中的应用

针对复杂海面环境下的舰船目标检测，分析了高阶分形特征缝隙在纹理分类中的应用，提出了一种基于分形维与缝隙的目标检测新方法，并利用该方法对海面舰船目标进行了检测。实验结果表明利用纹理分形维与缝隙特征进行海面舰船目标检测，可以取得较单一分形维检测更高的准确率。     

一种具有恒Lyapunov指数谱的混沌系统及其电路仿真

提出了一种新的具有恒Lyapunov指数谱的三维混沌系统,该系统含有六个参数,其中一个方程含有一个非线性乘积项,一个方程含有平方项.通过理论推导、数值仿真、Lyapunov维数、Poincare截面图、Lyapunov指数谱和分岔图研究了系统的动力学特性,并分析了不同参数变化对系统动力学行为的影响,其中,平方项系统参数变化时,系统的Lyapunov指数谱保持恒定,输出信号中的两维信号的幅值与参数呈幂函数关系变化,其指数为－1/2,第三维信号的幅值保持在同样的数值区间.最后,设计了该混沌系统的硬件电路并运用Multisim软件对该电路进行仿真实验,证实了该混沌系统的可实现性. 关键词： 混沌系统 恒Lyapunov指数谱 Poincare截面图 混沌电路     

半导体激光器低频噪声的Lyapunov指数计算和混沌状态判定

根据小波变换和混沌噪声理论,对半导体激光器低频噪声进行了实验和理论分析.应用相轨迹、功率谱、Lyapunov指数、关联维等方法,探讨了噪声混沌模型的可行性.实验证明半导体激光器低频噪声具有混沌特性.在理论上分析了产生混沌的原因,为研究其可靠性提供了理论基础. 关键词： 混沌 Lyapunov指数 小波变换 低频噪声     

推广恒Lyapunov指数谱混沌系统及其演变研究

基于恒Lyapunov指数谱改进系统,通过在系统方程中添加线性项与常数项,实现了恒Lyapunov指数谱混沌系统的推广.首先结合Lyapunov指数谱、分岔图和状态变量幅值演变的数值仿真,揭示了该系统的动力学行为;接着通过组合不同的线性项,从推广系统演变得到一族性质类似而又相轨不同的子系统,并分析了各个子系统的平衡点、特征值与Lyapunov指数等动力学特征;最后,指出该系统在混沌雷达、保密通信和其他信息处理系统中具有广阔的应用前景. 关键词： 推广混沌系统 Lyapunov指数谱 演变 子系统     

基于中心点的遥感图像多方向舰船目标检测

针对目前基于深度学习的舰船目标斜框检测方法存在计算量大、效率低的问题,提出一种基于目标中心点的单阶段检测模型.由于舰船中心点不受舰船分布方向影响,模型主要思想是以目标中心点检测为基础,回归中心点处目标斜框的尺度和方向.首先设计特征提取网络,将卷积神经网络细节信息丰富的底层特征与语义信息丰富的高层特征融合起来形成特征图;然后将特征图输入到三个检测分支,分别预测目标中心点、中心点偏移值以及斜框的尺度与方向;设计组合损失函数对网络进行训练,并改进非极大值抑制算法以适应目标斜框检测的需要.在公开的SAR图像舰船目标检测数据集与光学遥感图像上进行了实验,实验结果表明,测试集平均准确率达0.906,检测精度与速度均优于其它检测模型,充分验证了所提算法的有效性.     

Lyapunov exponents of stochastic dynamical systems

It is shown that stochastic equations can have stable solutions. In particular, there exists stochastic dynamics for which the motion is both ergodic and stable, so that all trajectories merge with time. We discuss this in the context of Monte Carlo-type dynamics, and study the convergence of nearby trajectories as the number of degrees of freedom goes to infinity and as a critical point is approached. A connection with critical slowdown is suggested.     

Positive Lyapunov exponents in the Kramers oscillator

The maximum Lyapunov exponent is computed numerically for the double-well oscillator in a heat bath. Positive exponents are found in a wide range of friction coefficients in the low-damping regime.     

Multidimensional mappings in antiferromagnetic models and Lyapunov exponents with the magnetization plateau

We consider the Heisenberg model with two- and three-spin exchange interactions on a recursive ladder in a strong magnetic field. Recurrent relations for branches of the partition function of the Ising model with two- and three-spin exchange interactions are deduced. As a recursive lattice the zigzag ladder is chosen. In the antiferromagnetic case magnetization plateau are observed at low temperatures. Lyapunov exponents for the three-dimensional mapping at low temperatures are calculated. It is shown that for some values of two- and three-spin exchange parameters in the antiferromagnetic case the maximum of the Lyapunov exponent approaches zero.     

Generalized Lyapunov exponents in high-dimensional chaotic dynamics and products of large random matrices

We study the behavior of the generalized Lyapunov exponents for chaotic symplectic dynamical systems and products of random matrices in the limit of large dimensionsD. For products of random matrices without any particular structure the generalized Lyapunov exponents become equal in this limit and the value of one of the generalized Lyapunov exponents is obtained by simple arguments. On the contrary, for random symplectic matrices with peculiar structures and for chaotic symplectic maps the generalized Lyapunov exponents remains different forD , indicating that high dimensionality cannot always destroy intermittency.     

Rigorous bounds of the Lyapunov exponents of the one-dimensional random Ising model

We find analytic upper and lower bounds of the Lyapunov exponents of the product of random matrices related to the one-dimensional disordered Ising model, using a deterministic map which transforms the original system into a new one with smaller average couplings and magnetic fields. The iteration of the map gives bounds which estimate the Lyapunov exponents with increasing accuracy. We prove, in fact, that both the upper and the lower bounds converge to the Lyapunov exponents in the limit of infinite iterations of the map. A formal expression of the Lyapunov exponents is thus obtained in terms of the limit of a sequence. Our results allow us to introduce a new numerical procedure for the computation of the Lyapunov exponents which has a precision higher than Monte Carlo simulations.     

切换系统Lyapunov指数的算法及应用

Lyapunov指数是判定系统非线性行为的重要工具,然而目前的大多算法并不适用于切换系统.在传统Jacobi法的基础上,提出了一种新算法,可以直接计算得到n维切换系统的n个Lyapunov指数.首先,根据切换面处相邻轨线的动态变化规律,从相空间几何推导出切换面处轨线变化的Jacobi矩阵;然后,对该矩阵进行QR分解,从而利用R的对角线元素实现Lyapunov指数的切换补偿;最后,将新算法应用到平面双螺旋混沌系统、Glass网络和航天器供电系统三个实例中,并将计算结果与Poincaré映射方法的计算结果进行比较,对新算法的有效性进行验证.     

Control of chaos in permanent magnet synchronous motor by using optimal Lyapunov exponents placement

Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) experiences chaotic behavior for a certain range of its parameters. In this case, since the performance of the PMSM degrades, the chaos should be eliminated. In this Letter, the control of the undesirable chaos in PMSM using Lyapunov exponents (LEs) placement is proposed that is also improved by choosing optimal locations of the LEs in the sense of predefined cost function. Moreover, in order to provide the physical realization of the method, nonlinear parameter estimator for the system is suggested. Finally, to show the effectiveness of the proposed methodology, the simulation results for applying this control strategy are provided.     

Bifurcation structure and Lyapunov exponents of a modulated logistic map

We have studied the bifurcation structure of the logistic map with a time dependant control parameter. By introducing a specific nonlinear variation for the parameter, we show that the bifurcation structure is modified qualitatively as well as quantitatively from the first bifurcation onwards. We have also computed the two Lyapunov exponents of the system and find that the modulated logistic map is less chaotic compared to the logistic map.     

Weak disorder expansion of Lyapunov exponents of products of random matrices: A degenerate theory

The weak disorder expansion of Lyapunov exponents of products of random matrices is derived by a new method. Our treatment can be easily generalized to the problem when in the limit of zero randomness two eigenvalues of the matrices are equal. For real degenerate matrices, the formula for the leading term of the Lyapunov exponent is derived. It has the form of a continuous fraction, which converges quickly to the exact value.